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《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞！》多田將

「伽莫夫是這麼想的：『假設宇宙初期真的很熱，後來開始膨脹的話，宇宙會不會在某個瞬間復合呢？』（譯注：中文用的復合，日文是用『放晴』來表現）。」

「大爆發隨後的高溫時，宇宙充滿了散亂狀態到處飄浮（為粒子雲所覆蓋）的物質（質子或電子），光無法直線前進。就算它想直線前進，也會立刻撞到電子，產生反應。電子帶電，所以會與光交互作用。

宇宙初期電子與光擁擠在一起，只要光稍微一動，就會撞到旁邊的電子，反彈回來又撞到另一邊電子……總之就是處在無法動彈的狀態。」

「但是，宇宙漸漸膨脹開來，就像一開始提過的，能量密度降低，溫度也就下降了。」「電子能量漸漸減少，速度變慢之後，便掉落到原子核上，被原子核捉住。」

「原本光受到電子阻礙，處在完全沒辦法前進、不能自由移動的狀態，但電子與原子核融合，變成了原子，電荷也變為零，（原子既不帶正電也不帶負電，是中性的），不再會與光產生反應了。」「而這個光得到自由的時刻，伽莫夫稱為『宇宙的復合』。」

「你可以想像，它像雲一般灰濛濛的水蒸氣遇冷後變成水滴，落到地面，天空變得晴朗乾淨的樣子。或者，也可以想像霧氣散開的剎那。」可以看清楚景色，是因為直線前進的光能夠毫無阻礙地進入我們眼中。「宇宙也一樣，當電子的濃霧散去的剎那，光便獲得全方位的自由。」

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「聽到別人說『看得到137億年前宇宙的光』時，照一般的邏輯，可能會質疑：『為什麼現在還能看到那麼太古時期的光呢？』只要沒有障礙物，光就會永遠前進。而且宇宙在膨脹，光前進的空間正在不斷擴展，所以，隨著空間的擴大，光就像被拉長的彈簧般伸展，波長也越來越長。」

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「星星的光是在氫氣燃燒變成氦氣時發生的。」「但是，觀測這種波長的光會不會到達地球時，實際卻比預測偏移。全體都向著波長較長者偏移了。波長會使光產生不同的顏色，但全體都向紅色的方向（波長較長者＝能量低）。」「所有星星到達地球的光，會比那些星星原本發出的波長，更向紅色（波長較長）的方向偏移（這叫做「紅移」）。」

「我們在氣球上畫出星球傳送到地球的光，這個光在飛行途中，讓宇宙膨脹起來看看。」

「波長變長了吧？也就是說，發生了紅移效應了。不是都卜勒效應造成的波長伸長，而是空間本身擴大，波長被空間拉引而伸長。這才是紅移的真正原因。」

都卜勒效應是指，發出電波、聲波、光波等等的源頭如果離我們越來越遠，波長就會越來越長，就像遠離的救護車，聲音會越來越小（波長愈拉越長），不過星體不是像救護車那樣往遠處移動，而是空間在擴大。


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「宇宙中絕大多數的物質，並沒有像星球那樣凝集，而是成不了星球的氣體狀態。假設氣體的前面有一顆恆星。恆星射出來的光在半途中，與氣體產生作用該氣體會依其種類，吸收某些固定特有的波長，使該波長無法到達地球，以致光譜出現遺漏。」

光譜上的黑色線條就是遺漏的地方，「叫做『吸收光譜』。看到缺漏的部分，就知道那道光通過了什麼樣的氣體（物質）。透過檢視四面八方的星光——就能知道哪個遺漏（哪個元素）各有多少量。」

左邊是太陽，右邊是某遙遠星系：

圖源

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「『電磁力與弱作用力原本是一家』的意思，就表示電磁力的媒介粒子『光子』與弱作用力的媒介粒子『W玻色子』原本是相同的東西。但是，光子是沒有質量的粒子，而W玻色子卻相反，它的質量大得出奇，約有質子的90倍，可稱作巨大粒子了。」

既然原本是相同的東西，為什麼會一個有質量，一個沒質量？根據「溫伯格—薩拉姆理論」，是因為「希格斯粒子沒有給光子質量，只給了W玻色子質量」。

「各位認為質量是什麼？它是表示『移動難度』的量。舉例來說，假設這裡有『輕物』和『重物』。我們對這兩物，施以相同大小的力，試圖移動它，這時，『輕物』很容易就動了。相對的，相同的力加在『重物』上，卻依然動不了。」

「所以，施予同等力量時表示移動難易的數值，就是『質量』。請把質量想成『移動困難度／容易度』，所以『獲得質量』的意思就是『移動變得困難』。」

作者以前曾在電視節目上以簡單的比喻來說明這個作用。

「假設這裡是派對會場。這個派對會場相當於宇宙。而我和當時那位模特兒，美麗的川端小姐一起到那兒去。派對開始前，我們兩人都能自由的到處走動。想吃什麼，就到餐點桌前去拿，想上廁所，也都能簡單的達成。這時兩人都相當於沒有質量的狀態，在這個狀態下，兩人感覺不到差距。」

「這時，派對開始了（派對的開始相當於『相變』），派對開始會發生什麼事？客人會陸續進場，然後，因為川端小姐長得美，又受歡迎，所以賓客全都聚集到川端小姐身邊，圍著她說話。」

「相反的，我是個討人厭的傢伙，沒有人來找我說話。我這個人哪，每星期都會獨自跑去玩耍，就算派對開始，我也一個人孤獨的站在一角。」

「賓客一再的來找川端小姐說話，把川端小姐圍在正中央，她變得動彈不得。難以移動，也就表示她取得了質量。相對的，我和派對開始前一樣，可以任意走動，吃自己喜歡的食物，也可以自由去上廁所。」

在這個比喻中，作者就相當於「光子」，川端小姐是「W玻色子」，賓客是「希格斯粒子」。「正確地說，希格斯粒子並不是此時才突然發生（魚貫進入會場），它們原本就存在，只是在這時開始挑人（宇宙冷卻到10¹⁵度的瞬間）。」

「希格斯粒子不理會的光子（電磁力）還是照常沒有人相伴，可以晃來晃去。相對的，W玻色子（弱作用力）因爲受到青睞，得到質量，兩者變成了完全不同的物質。」

— end —

真的是很擅長說明的物理學家耶